태양전지 모듈

6️⃣건물용 태양광 발전시스템의 도입 이유

1. 에너지 비용 절감:

• 자체 발전: 태양광으로 직접 전기를 생산하여 전력 구매 비용을 줄일 수 있습
• 에너지 가격 상승에 대한 대비: 국제 유가 변동이나 전력 요금 인상에 영향을 덜 받아 에너지 비용 상승에 대한 부담을 줄일 수 있습

2. 친환경성:

• 탄소 배출 감소: 화석 연료 사용을 줄여 온실가스 배출량을 감소시키고 환경 보호에 기여
• 미세먼지 저감: 화력 발전소 가동 감소로 인해 미세먼지 발생량을 줄일 수 있습

3. 에너지 자립도 향상:

• 외부 전력 의존도 감소: 자체 생산한 전기를 사용하여 외부 전력 의존도를 낮추고 에너지 자립도를 높일 수 있습
• 재난 상황 대비: 정전 시에도 태양광 발전 시스템을 통해 일정량의 전기를 사용할 수 있어 편의성을 높입

4. 건물 가치 상승:

• 에너지 효율 건축물 인증: 태양광 발전 시스템 설치는 건물의 에너지 효율을 높여 건물 가치를 상승시키는 데 기여합
• 임대료 상승: 에너지 효율이 높은 건물은 임대료를 높게 받을 수 있습

5. 정부 지원 정책:

• 설치비 지원: 정부의 신재생에너지 지원 정책을 통해 설치 비용을 지원받을 수 있습
• 세제 혜택: 소득세 감면, 재산세 감면 등 다양한 세제 혜택을 받을 수 있습

6. 기타 이점:

• 기업 이미지 향상: 친환경 경영 이미지를 구축하여 기업의 사회적 책임을 실천하고 브랜드 가치를 높일 수 있습니다.
• 미래 가치 증대: 신재생 에너지 산업의 성장과 함께 태양광 발전 시스템의 가치는 더욱 높아질 것으로 예상됩니다.

서지 보호기란?

서지 보호기(Surge Protective Device, SPD)는 낙뢰나 스위칭 작용 등으로 인해 발생하는 순간적인 고전압, 고전류 서지를 흡수하여 전자기기 및 시스템을 보호하는 장치입니다. 태양광 발전 시스템의 경우, 외부 환경에 노출되어 있어 낙뢰나 스위칭 서지에 취약하기 때문에 서지 보호기 설치가 필수적입니다.

서지 보호기 설치 회로도

위 회로도는 일반적인 태양광 발전 시스템에 서지 보호기를 설치한 모습을 나타냅니다.

• DC측 서지 보호기: 태양광 모듈과 인버터 사이에 설치되어 태양광 모듈에서 발생하는 서지를 보호
• AC측 서지 보호기: 인버터 출력단과 계통연계기 사이에 설치되어 외부 전력망에서 발생하는 서지를 보호

서지 보호기 설치 위치 및 이유

• DC측: 태양광 모듈은 직접 외부 환경에 노출되어 있으므로 낙뢰나 스위칭 서지에 직접적인 영향을 받을 수 있습니다. DC측 서지 보호기는 태양광 모듈, 인버터, 기타 DC 부품을 보호하는 역할을 합니다.
• AC측: 외부 전력망은 다양한 전기 기기의 연결로 인해 서지가 발생할 수 있습니다. AC측 서지 보호기는 인버터, 계통연계기, 건물 내 전기 설비를 보호하는 역할을 합니다.

서지 보호기의 종류

• Type 1: 외부 낙뢰로부터 시스템을 보호하기 위한 최초 방어선으로, 높은 에너지의 서지를 흡수합니다.
• Type 2: Type 1 보호기 뒤에 설치되어 추가적인 보호를 제공하며, 중간 정도의 에너지 서지를 흡수합니다.
• Type 3: 전자기기 바로 앞에 설치되어 미세한 서지를 흡수하며, 민감한 전자 부품을 보호합니다.

서지 보호기 설치 시 주의사항

• 적절한 종류 선택: 시스템의 규모, 설치 환경, 보호 대상 등을 고려하여 적절한 종류의 서지 보호기를 선택해야 합니다.
• 정확한 설치 위치: 제조사의 설치 매뉴얼을 참고하여 정확한 위치에 설치해야 합니다.
• 정기적인 점검: 서지 보호기는 소모품이므로 정기적인 점검 및 교체가 필요합니다.
• 접지: 서지 보호기는 효과적인 접지를 통해 작동해야 합니다.

서지 보호기 설치의 중요성

• 서지 보호기는 태양광 발전 시스템의 수명을 연장하고 고장을 예방하며, 시스템의 안정적인 운전을 보장하는 데 필수적인 장치입니다. 낙뢰나 서지로 인한 피해는 시스템 전체에 영향을 미칠 수 있으므로, 반드시 서지 보호기를 설치하고 관리해야 합니다.

4️⃣태양전지 모듈종류

1)실리콘 반도체

(결정질 실리콘 태양전지)

• 다결정 실리콘 태양전지: 여러 개의 작은 결정으로 이루어진 실리콘을 사용하여 제작하며, 단결정에 비해 효율은 다소 낮지만 가격이 저렴하고 생산이 용이합니다. 일반적인 가정용 태양광 발전에 많이 사용
• 단결정 실리콘 태양전지: 순도가 높은 실리콘 덩어리를 잘라 만든 태양전지로, 효율이 가장 높지만 가격이 비쌉니다. 고온에서도 안정적인 특성을 가지며, 우주항공 분야에서 주로 사용

(박막 태양전지)

• 비정질 실리콘 태양전지: 얇은 막 형태의 실리콘을 사용하여 제작하며, 제조 공정이 간단하고 유연한 특징이 있습니다. 건물 일체형 태양광(BIPV)에 적합하지만, 효율이 낮고 온도 의존성이 큰 단점.
• CIGS(Copper Indium Gallium Selenide) 태양전지: 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 화합물을 사용한 태양전지로, 비교적 높은 효율을 가지며, 얇고 가벼운 특징
• CdTe(Cadmium Telluride) 태양전지: 카드뮴 텔루라이드 화합물을 사용한 태양전지로, CIGS 태양전지와 유사한 특징을 가지며, 대량 생산에 유리

2)화합물 반도체

• GaAs, InP

3)유무기 반도체

• 염료감응형, 고분자

뇌서지란?

뇌서지는 낙뢰와 같은 외부적인 요인이나 스위칭 작용 등에 의해 발생하는 순간적인 고전압 현상을 말합니다. 뇌서지는 전자기기의 고장을 유발하고, 심각한 경우 화재를 일으킬 수 있습니다.

태양광 발전설비의 피뢰 설비 및 뇌서지 대책

1. 피뢰침 설치:
   • 건물이나 구조물에 피뢰침을 설치하여 낙뢰를 직접 유도하고 안전하게 접지를 통해 대지로 방전시킵니다.
   • 피뢰침의 종류와 설치 기준은 관련 법규 및 규정을 준수해야 합니다.
2. 배선 보호:
   • 접지: 모든 전기 설비를 안전하게 접지하여 낙뢰 전류를 대지로 안전하게 흘려보냅니다.
   • 차폐: 배선을 금속관이나 차폐 케이블로 보호하여 외부 전자기장으로부터 보호합니다.
   • SPD(Surge Protection Device) 설치: SPD는 뇌서지를 흡수하여 전자기기를 보호하는 소자입니다. 태양광 모듈, 인버터, 계통 연계 부분 등에 설치하여 뇌서지로부터 시스템을 보호합니다.
   • 절연 거리 확보: 배선 간의 절연 거리를 충분히 확보하여 뇌서지에 의한 아크 발생을 방지합니다.
3. 태양광 모듈 보호:
   • 다이오드: 각 모듈에 다이오드를 설치하여 역전류를 방지하고, 부분적인 그림자 발생 시에도 다른 모듈에 영향을 미치지 않도록 합니다.
   • 접지: 모듈을 안전하게 접지하여 낙뢰 전류를 대지로 흘려보냅니다.
4. 인버터 보호:
   • 내부 보호 회로: 인버터 내부에 과전압, 과전류 보호 회로를 내장하여 뇌서지로부터 인버터를 보호합니다.
   • 외부 SPD: 인버터 입출력 단에 SPD를 설치하여 추가적인 보호를 합니다.
5. 계통 연계 부분 보호:
   • SPD 설치: 계통 연계 부분에 SPD를 설치하여 외부에서 유입되는 뇌서지를 차단합니다.
   • 변압기 보호: 변압기에 과전압 보호 장치를 설치하여 뇌서지로 인한 손상을 방지합니다.

뇌서지 대책 시 고려 사항

• 시스템 규모: 시스템의 규모에 따라 적절한 피뢰 설비를 설치해야 합니다.
• 설치 환경: 설치 환경 (지역, 건물 구조 등)에 따라 적절한 설계를 해야 합니다.
• 관련 법규 및 규정 준수: 관련 법규 및 규정을 준수하여 설치해야 합니다.
• 정기적인 점검: 피뢰 설비를 정기적으로 점검하여 성능을 유지해야 합니다.

결론

태양광 발전설비의 피뢰 설비 및 뇌서지 대책은 시스템의 안전하고 안정적인 운영을 위해 필수적입니다. 체계적인 설계와 정기적인 관리를 통해 낙뢰와 뇌서지로부터 시스템을 보호하고, 장기적인 관점에서 시스템의 수명을 연장할 수 있습니다.

태양광 발전 시스템은 외부 환경에 노출되어 낙뢰, 스위칭 서지 등 다양한 서지 현상에 취약합니다. 이러한 서지 현상은 시스템의 고장을 유발하고 수명을 단축시킬 수 있으므로, 서지 보호 장치(SPD)를 설치하여 시스템을 보호하는 것이 필수적입니다.

1. 서지 보호 장치의 종류와 특성

서지 보호 장치는 크게 세 가지 종류로 나눌 수 있습니다.

• Type 1 SPD: 외부로부터 유입되는 직접적인 낙뢰 서지를 보호하기 위한 장치로, 건물의 주 배전반에 설치됩니다. 높은 에너지를 흡수할 수 있으며, 접지 시스템과 연결되어 서지를 안전하게 방출합니다.
• Type 2 SPD: Type 1 SPD를 보완하여 내부 설비를 보호하는 장치로, 분전반에 설치됩니다. Type 1 SPD보다 낮은 에너지를 흡수하며, Type 1 SPD와 함께 사용하여 보다 효과적인 보호가 가능합니다.
• Type 3 SPD: 개별 기기나 장비를 보호하기 위한 장치로, 인버터, 모듈 등에 직접 설치됩니다. 가장 낮은 에너지를 흡수하며, Type 1, Type 2 SPD와 함께 사용하여 최종적인 보호를 제공합니다.

2. 서지 보호 장치 설치 방법

서지 보호 장치는 시스템의 구성과 설치 환경에 따라 다르게 설치됩니다. 일반적으로 다음과 같은 순서로 설치됩니다.

1. 설치 위치 선정: 각 Type별 적절한 설치 위치를 선정합니다.
2. 배선: 서지 보호 장치와 접지 시스템을 안전하게 연결합니다.
3. 고정: 서지 보호 장치를 단단히 고정합니다.
4. 접속: 전원 선과 서지 보호 장치를 안전하게 연결합니다.

3. 서지 보호 장치의 동작 원리

서지 보호 장치는 비선형 저항 소자를 이용하여 과전압을 흡수하고, 접지를 통해 안전하게 방출하는 원리로 작동합니다. 서지가 발생하면 서지 보호 장치 내부의 비선형 저항 소자가 낮은 저항 값으로 변하여 과전압을 흡수하고, 이후 다시 높은 저항 값으로 복귀하여 정상적인 상태를 유지합니다.

4. 서지 보호 장치의 중요성 및 적용

• 시스템 수명 연장: 서지 보호 장치는 낙뢰, 스위칭 서지 등으로 인한 시스템 손상을 방지하여 시스템의 수명을 연장시킵니다.
• 데이터 손실 방지: 서지로 인한 데이터 손실을 방지하여 시스템의 안정적인 운영을 보장합니다.
• 유지보수 비용 절감: 시스템 고장으로 인한 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 보증 기간 연장: 일부 제조사에서는 서지 보호 장치를 설치할 경우 보증 기간을 연장해주는 경우도 있습니다.

5. 주의사항

• 정품 사용: 반드시 인증된 제품을 사용해야 합니다.
• 정기적인 점검: 서지 보호 장치는 소모품이므로 정기적으로 점검하고 교체해야 합니다.
• 전문가 설치: 전문가에게 설치를 의뢰하여 안전하게 설치해야 합니다.
• 접지 시스템: 효과적인 접지 시스템을 구축해야 합니다.

결론

태양광 발전 시스템의 안정적인 운영을 위해 서지 보호 장치는 필수적인 요소입니다. 적절한 종류의 서지 보호 장치를 선정하여 설치하고, 정기적인 점검을 통해 시스템을 보호해야 합니다.

5️⃣건물일체형 태양광 발전

1)건물 일체형 태양광 발전

• 건물일체형 태양광발전시스템(Building-Integrated Photovoltaic, BIPV)은 건축물의 외피재료를 대체하여 태양광 발전 기능을 수행하는 시스템
• BIPV는 건물의 미관을 해치지 않으면서 에너지 효율을 높일 수 있다는 장점
• BIPV는 설치 방식에 따라 다양하게 분류될 수 있으며, 각 유형별로 특징과 설계, 시공 시 고려사항이 다름

1. 건물 부착형 BIPV

• 특징: 기존 건물에 태양광 모듈을 부착하는 방식으로, 건물의 외벽이나 지붕에 설치
• 장점: 기존 건물에 추가적으로 설치가 가능하며, 설치 비용이 상대적으로 저렴
• 단점: 건물의 외관을 다소 해칠 수 있으며, 태양광 모듈의 수명이 건물의 수명보다 짧을 경우 교체가 필요

2. 건물 일체형 BIPV

• 특징: 건축 초기 단계부터 태양광 모듈을 건물의 외피재료로 사용하여 건물과 일체화시키는 방식
• 장점: 건물의 디자인과 조화를 이룰 수 있으며, 에너지 효율이 높고 건물의 수명과 동일한 수명을 가짐
• 단점: 설계 및 시공이 복잡하고, 초기 투자 비용이 높음

3. 건물 설치형 BIPV

• 특징: 태양광 모듈을 건물의 창호, 지붕 등에 설치하는 방식으로, 건물의 일부분을 대체하여 사용
• 장점: 건물의 디자인에 다양하게 활용할 수 있으며, 에너지 효율을 높일 수 있음
• 단점: 태양광 모듈의 종류와 설치 위치에 따라 성능 차이가 발생할 수 있음

2)BIPV의 구조

• 전면에 강화유리로 되어 있으며 중간에 공기층이 있는 것이 특징

• 투광형 : 외관은 보기 좋으나 효율이 떨어진다

• 불투광형 : 투광하지 않으므로 채광성이 떨어지나 효율이 좋음

3)BIPV시스템 기능(등급)

• 통합1등급 : PV모듈이 건물 전면, 상부면 기능을 갖는 모듈
• 통합2등급 : PV모듈이 건물 외피를 구성할 수 있어야 한다.
• 통합3등급 : PV모듈이 건물 외피를 대체할 수 있도록 모든 기능을 갖추어함

4)BIPV장단점

• 전력생산과 건물의 오피재료의 기능을 동시에 수행
• 별도의 부지확보가 필요 없다
• 시공이 간편하다
• 건물의 미관을 해치지 않는다
• 모듈이 고가이며 효율이 떨어진다

5)시공 시 고려사항

• 일사량 분석:
  • 건물의 위치, 방위, 경사 등을 고려하여 최적의 일사량을 확보할 수 있는 설계
• 건축물의 구조:
  • 건물의 구조를 고려하여 태양광 모듈의 하중을 안전하게 지지할 수 있도록 설계
• 미관:
  • 건물의 디자인과 조화를 이루는 디자인을 선택
• 내구성:
  • 외부 환경에 강한 내구성을 가진 태양광 모듈을 선택
• 방수:
  • 누수를 방지하기 위한 방수 처리가 철저히 이루어져야함
• 통풍:
  • 태양광 모듈의 온도 상승을 방지하기 위해 충분한 통풍 공간을 확보
• 안전성:
  • 설치 시 안전 규정을 준수하여 안전사고를 예방해야함
• 온도에 따른 발전성능
• 단락전류, 개방전압에 따른 발전성능
• 파워 컨디션 시스템 설계

6)BIPV설치 공사

• BIP설치공사는 커튼월의 설치공법에 따라 시공

7)건물일체형 태양광 발전 종류

• 경사지붕형
• 평지붕형
• 아트리움형
• 스팬드럴형
• 비전글라스형
• 발코니형
• 수직차향형
• 수평차향형

1️⃣태양전지 모듈 선정 시 고려사항

1)효율

• 변환 효율:
  • 같은 면적에서 더 많은 전력을 생산하기 위해서는 높은 변환 효율을 가진 모듈을 선택
• 온도 특성:
  • 온도가 높아질수록 효율이 감소하는데, 이러한 온도 특성을 고려하여 모듈을 선택
• 빛의 파장에 대한 반응:
  • 태양광 스펙트럼에 대한 반응성이 높은 모듈이 더 높은 효율을 보임

2)Power Tolerance

• 다수의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 경우 각 모듈의 최대출력이 전압, 전류 특성차이 등으로 이론상의 출력과 차이가 발생하는데 이를 검토

• 모듈을 직렬로 구성할 경우 가장 낮은 전압이 발전되는 스트링이 다른 높은 전압을 발생하는 스트링에 영향을 미쳐 전체적으로 발전전압이 낮아지므로 이를 검토

3)신뢰성

• 모듈은 설치 후 내용 수명동안 사용이 가능토록 기계적, 전기적, 환경적으로 신뢰성을 갖추어야 한다

• 제조사: 믿을 수 있는 제품을 생산하는 제조사의 제품을 선택
• 인증: KS 인증, IEC 인증 등 국제적인 인증을 받은 제품을 선택
• 보증 기간: 제품의 보증 기간이 길수록 신뢰성이 높음

5)설치 환경

• 지역: 지역의 일사량, 기온, 풍속 등을 고려하여 적합한 모듈을 선택
• 지붕 형태: 지붕의 경사도, 방향, 재질 등에 따라 모듈의 종류와 설치 방식이 달라질 수 있음
• 주변 환경: 주변에 그림자를 드리우는 건물이나 나무 등이 있는 경우 이를 고려하여 모듈을 배치

6)내구성:

• 내후성: 햇빛, 비, 바람, 눈 등 외부 환경에 대한 내구성이 강해야함
• 기계적 강도: 설치 및 운송 과정에서 발생할 수 있는 기계적 충격에 견딜 수 있는 강도가 필요
• 수명: 일반적으로 25년 이상의 수명을 보장하는 제품을 선택하는 것이 좋음

7)가격:

• 예산: 예산 범위 내에서 최대한 높은 성능을 가진 제품을 선택
• 장기적인 관점: 초기 비용뿐만 아니라 유지보수 비용, 발전량 등을 종합적으로 고려하여 경제성을 분석

8)모듈의 종류:

• 단결정: 효율이 높지만 가격이 비쌈
• 다결정: 단결정에 비해 효율은 낮지만 가격이 저렴
• 박막형: 가볍고 유연하며 다양한 형태로 제작이 가능하지만 효율이 상대적으로 낮음

9)추가적인 고려 사항:

• 미관: 건물의 외관과 조화를 이루는 디자인을 선택하는 것이 좋음
• A/S: 제품에 문제가 발생했을 경우 신속하고 원활한 A/S가 가능한지 확인

1️⃣태양전지 모듈 선정 시 고려사항

1)효율

• 변환 효율:
  • 같은 면적에서 더 많은 전력을 생산하기 위해서는 높은 변환 효율을 가진 모듈을 선택
• 온도 특성:
  • 온도가 높아질수록 효율이 감소하는데, 이러한 온도 특성을 고려하여 모듈을 선택
• 빛의 파장에 대한 반응:
  • 태양광 스펙트럼에 대한 반응성이 높은 모듈이 더 높은 효율을 보임

2)Power Tolerance

• 다수의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 경우 각 모듈의 최대출력이 전압, 전류 특성차이 등으로 이론상의 출력과 차이가 발생하는데 이를 검토

• 모듈을 직렬로 구성할 경우 가장 낮은 전압이 발전되는 스트링이 다른 높은 전압을 발생하는 스트링에 영향을 미쳐 전체적으로 발전전압이 낮아지므로 이를 검토

3)신뢰성

• 모듈은 설치 후 내용 수명동안 사용이 가능토록 기계적, 전기적, 환경적으로 신뢰성을 갖추어야 한다

• 제조사: 믿을 수 있는 제품을 생산하는 제조사의 제품을 선택
• 인증: KS 인증, IEC 인증 등 국제적인 인증을 받은 제품을 선택
• 보증 기간: 제품의 보증 기간이 길수록 신뢰성이 높음

5)설치 환경

• 지역: 지역의 일사량, 기온, 풍속 등을 고려하여 적합한 모듈을 선택
• 지붕 형태: 지붕의 경사도, 방향, 재질 등에 따라 모듈의 종류와 설치 방식이 달라질 수 있음
• 주변 환경: 주변에 그림자를 드리우는 건물이나 나무 등이 있는 경우 이를 고려하여 모듈을 배치

6)내구성:

• 내후성: 햇빛, 비, 바람, 눈 등 외부 환경에 대한 내구성이 강해야함
• 기계적 강도: 설치 및 운송 과정에서 발생할 수 있는 기계적 충격에 견딜 수 있는 강도가 필요
• 수명: 일반적으로 25년 이상의 수명을 보장하는 제품을 선택하는 것이 좋음

7)가격:

• 예산: 예산 범위 내에서 최대한 높은 성능을 가진 제품을 선택
• 장기적인 관점: 초기 비용뿐만 아니라 유지보수 비용, 발전량 등을 종합적으로 고려하여 경제성을 분석

8)모듈의 종류:

• 단결정: 효율이 높지만 가격이 비쌈
• 다결정: 단결정에 비해 효율은 낮지만 가격이 저렴
• 박막형: 가볍고 유연하며 다양한 형태로 제작이 가능하지만 효율이 상대적으로 낮음

9)추가적인 고려 사항:

• 미관: 건물의 외관과 조화를 이루는 디자인을 선택하는 것이 좋음
• A/S: 제품에 문제가 발생했을 경우 신속하고 원활한 A/S가 가능한지 확인